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KR102134573B1 - 3차원(3d) 인쇄 - Google Patents

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KR102134573B1
KR102134573B1 KR1020187022424A KR20187022424A KR102134573B1 KR 102134573 B1 KR102134573 B1 KR 102134573B1 KR 1020187022424 A KR1020187022424 A KR 1020187022424A KR 20187022424 A KR20187022424 A KR 20187022424A KR 102134573 B1 KR102134573 B1 KR 102134573B1
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Abstract

3 차원 인쇄 방법의 예에서, 중합체성 빌드 재료가 적용된다. 중합체성 빌드 재료의 적어도 일부분에 융합제가 선택적으로 적용된다. 상기 융합제는 세슘 텅스텐 산화물 나노 입자, 쯔비터이온성 안정화제 및 수성 비히클을 포함한다. 중합체성 빌드 재료는 전자기 복사선에 노출되어 융합제와 접촉하는 중합체성 빌드 재료의 부분을 융합시켜 층을 형성한다.

Description

3차원(3D) 인쇄
본 발명은 3차원 인쇄 방법에 관한 것이다.
3차원(3D) 인쇄는 디지털 모델로부터 3차원 고체 부품을 제조하기 위해 사용되는 적층(additive) 인쇄 공정일 수 있다. 3D 인쇄는 흔히 급속 제품 조형(prototyping), 몰드 생성, 및 몰드 마스터 생성에 사용된다. 몇몇 3D 인쇄 기술은 연속적인 재료 층의 적용을 포함하기 때문에 적층 공정으로 간주된다. 이것은, 흔히 최종 물체를 생성하기 위한 재료의 제거에 의존하는 전통적인 가공 공정과 다르다. 3D 인쇄에 사용되는 재료는 흔히 경화 또는 융합을 필요로 하며, 일부 재료의 경우에 이는 열-보조 압출 또는 소결을 이용하여 달성될 수 있고, 다른 재료의 경우에 이는 디지털 광 투사(projection) 기술을 이용하여 달성될 수 있다.
본원에 개시된 3차원(3D) 인쇄법 및 3D 인쇄 시스템의 예는 멀티 젯 융합(Multi Jet Fusion; MJF)을 이용한다. 멀티 젯 융합 동안, 빌드 재료(build material)(빌드 재료 입자로도 일컬어짐)의 전체 층이 복사선(radiation)에 노출되지만, 상기 빌드 재료의 상기 선택된 영역(일부 경우, 전체 층보다 작음)이 융합 및 경화되어 3D 물체의 층이 된다. 빌드 재료의 선택된 영역과 접촉하여 융합제(fusing agent)가 선택적으로(selectively) 침착된다. 융합제(들)는 빌드 재료의 층 내로 침투할 수 있고, 빌드 재료의 외측 표면 상에 펴질 수 있다. 이 융합제는 복사선을 흡수할 수 있고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시킬 수 있으며, 이는 코어 융합제와 접촉하는 빌드 재료를 용융 또는 소결시킨다. 이것은, 빌드 재료가 융합, 결합, 경화되어 3D 물체의 층을 형성하도록 한다.
멀티 젯 융합에 사용되는 상기 융합제는 가시광선 영역(400nm 내지 780nm)에서 상당한 흡수율(예컨대, 80%)을 갖는 경향이 있다. 본원에 개시된 예에서, 이러한 융합제는 코어 융합제 또는 일부 경우에는 블랙 융합제로 언급된다. 이러한 흡수는 3D 인쇄 동안 융합하기에 적합한 열을 발생시켜, 기계적 일체성(integrity) 및 비교적 균일한 기계적 성질(예를 들어, 강도, 파단 신도 등)을 갖는 3D 부품을 유도한다. 그러나, 이러한 흡수는 또한 강하게 착색된, 예를 들어 블랙의 3D 부품을 초래한다.
본원에 개시된 방법 및 시스템의 일부 예는 전체 3D 부품을 구축하는데 코어 융합제 대신에 저 색조(tint) 융합제(이는 또한 본원에서 "융합제" 및 "프라이머 융합제"라고도 함)의 예를 이용한다. 저 색조 융합제의 이러한 예는 안정화된 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 나노 입자를 포함한다. 상기 CTO 나노 입자는 800nm 내지 4000nm 범위의 파장에서의 흡수 및 400nm 내지 780nm 범위의 파장에서의 투과를 갖는 플라즈몬(plasmonic) 공명 흡수제이다. 본원에 사용된 "흡수"는 800nm 내지 4000nm 범위의 파장을 갖는 복사선의 80% 이상이 흡수됨을 의미한다. 본원에서 사용되는 "투과"는 400nm 내지 780nm 범위의 파장을 갖는 복사선의 20% 이하가 흡수됨을 의미한다. 이러한 흡수 및 투과는, 저 색조 융합제가 충분한 복사선을 흡수하게 하여, 그와 접촉하는 빌드 재료를 융합시키면서 3D 부품을 백색 또는 약간 착색되게 한다.
본원에 개시된 방법 및 시스템의 다른 예는, 상이한 융합제들(예를 들어, 상기 언급된 코어 융합제 및 저 색조 융합제, 또는 다른 저 색조 융합제)의 조합을 사용하여, 기계적 일체성을 갖는 코어(최내 층 또는 영역) 및 유색(즉, 백색, 또는 블랙 이외의 다른 색) 외층(최외 층 또는 영역)을 갖는 부품을 구축할 수 있다. 적용되는 물질(들)은 상기 층 또는 층의 일부분이 기계적 성질을 향상시키기 위한 것인지 또는 컬러를 집중시키기 위한 것인지에 달려있다.
본원의 예의 특징은 하기 상세한 설명 및 도면을 참고로 자명해질 것이며, 이 때 유사한 인용 부호는 유사한(아마 동일하지는 않은) 요소에 상응한다. 간결성을 위해, 인용 부호, 또는 이전에 기재된 기능을 갖는 특징부는 이들이 나타난 다른 도면과 관련하여 기술되거나 기술되지 않을 수 있다.
도 1은 예시적인 3D 인쇄 시스템의 단순화된 등척도(isometric view)이다.
도 2는 3D 인쇄 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본원에 개시된 3D 인쇄 방법의 일례를 사용하여 형성된 부품의 일례의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4h는 본원에 개시된 3D 인쇄 방법의 일례를 사용한 부품의 형성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 3D 인쇄 방법의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본원에 개시된 3D 인쇄 방법의 다른 예를 사용한 부품의 형성을 도시하는 개략도이다.
이제 도 1을 참조하면, 3D 인쇄 시스템(10)의 예가 도시된다. 3D 인쇄 시스템(10)은 추가의 구성 요소(component)를 포함할 수 있으며 본원에 설명된 구성 요소 중 일부는 제거 및/또는 변형될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 도 1에 도시된 3D 인쇄 시스템(10)의 구성 요소는 축척대로 그려지지 않은 것일 수 있으며, 따라서 3D 인쇄 시스템(10)은 도시된 것과 다른 크기 및/또는 구조를 가질 수 있다.
인쇄 시스템(10)은 빌드 영역 플랫폼(12), 빌드 재료 입자(16)를 함유하는 빌드 재료 공급부(supply)(14) 및 빌드 재료 분배기(distributor)(18)를 포함한다.
빌드 영역 플랫폼(12)은, 빌드 재료 공급부(14)로부터 빌드 재료 입자(16)를 수용한다. 빌드 영역 플랫폼(12)은 인쇄 시스템(10)과 통합되거나 인쇄 시스템(10) 내로 개별적으로 삽입될 수 있는 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 빌드 영역 플랫폼(12)은 인쇄 시스템(10)과 별도로 이용가능한 모듈일 수 있다. 도시된 빌드 영역 플랫폼(12)은 또한 일례이며, 플래튼(platen), 제조/인쇄용 베드, 유리판 또는 다른 빌드 표면과 같은 또 다른 지지 부재로 대체될 수 있다.
빌드 영역 플랫폼(12)은 화살표(20)로 기재된 바와 같은 방향으로, 예를 들어 z 축을 따라 이동되어, 빌드 재료 입자(16)가 플랫폼(12) 또는 이전에 형성된 부품 층(예를 들어, 도 4d 참조)으로 전달되도록 할 수 있다. 일례에서, 빌드 재료 입자(16)가 전달될 때, 빌드 영역 플랫폼(12)은, 빌드 재료 분배기(18)가 빌드 재료 입자(16)를 플랫폼(12) 상으로 밀어내어 빌드 재료 입자(16)의 실질적으로 균일한 층을 형성할 수 있을 만큼(도 4a 및 도 6a 참조) 충분히 (예를 들어, 아래로) 나아가도록 프로그램될 수 있다. 빌드 영역 플랫폼(12)은, 예를 들어 새로운 부품이 제조될 때, 원래 위치로 복귀될 수 있다.
빌드 재료 공급부(14)는, 빌드 재료 분배기(18)와 빌드 영역 플랫폼(12) 사이에 빌드 재료 입자(16)를 위치시키는 컨테이너, 베드 또는 다른 표면일 수 있다. 일부 예에서, 빌드 재료 공급부(14)는, 예를 들어 빌드 재료 공급부(14) 위에 위치된 빌드 재료 공급원(도시되지 않음)으로부터 빌드 재료 입자(16)가 공급될 수 있는 표면을 포함할 수 있다. 빌드 재료 공급원의 예는 호퍼, 오거(auger) 컨베이어 등을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 빌드 재료 공급 장치(14)는, 빌드 재료 입자(16)를 저장 위치로부터 빌드 구역 플랫폼(12) 상으로 또는 이전에 형성된 부품 층 상으로 펴는 위치로 제공(예를 들어, 이동)하기 위한 메커니즘(예를 들어, 전달 피스톤)을 포함할 수 있다.
빌드 재료 분배기(18)는 빌드 재료 공급부(14) 위에서 빌드 구역 플랫폼(12)을 가로질러, 예를 들어 y 축을 따라, 화살표(22)로 표시된 방향으로 이동되어, 빌드 구역 플랫폼(12) 위에 빌드 재료 층을 펼 수 있다. 또한, 빌드 재료 분배기(18)는, 빌드 재료 입자(16)가 펴진 다음 빌드 재료 공급부(14)에 인접한 위치로 복귀될 수 있다. 빌드 재료 분배기(18)는 블레이드(예를 들어, 닥터 블레이트), 롤러, 롤러와 블레이드의 조합, 및/또는 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 위에 펼 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있다. 예를 들어, 빌드 재료 분배기(18)는 카운터-회전식(counter-rotating) 롤러일 수 있다.
빌드 재료 입자(16)는 중합체성 빌드 재료일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "중합체성 빌드 재료"는 결정질 또는 반-결정질 중합체 입자, 또는 중합체와 세라믹으로 구성된 복합 입자를 지칭할 수 있다. 임의의 상기 입자(16)는 분말 형태일 수 있다. 반-결정질 중합체의 예는, 5℃ 초과의 넓은 가공 윈도우(즉, 융점과 재결정 온도 사이의 온도 범위)를 갖는 반-결정질 열가소성 재료를 포함한다. 반-결정질 열가소성 재료의 일부 구체적인 예는 폴리아미드(PA)(예: PA 11/나일론 11, PA 12/나일론 12, PA 6/나일론 6, PA 8/나일론 8, PA 9/나일론 9, PA 66/나일론 66, PA 612/나일론 612, PA 812/나일론 812, PA 912/나일론 912 등)를 포함한다. 상기 빌드 재료 입자(16)로서 사용하기에 적합한 결정질 또는 반-결정질 중합체의 다른 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리옥소메틸렌(즉, 폴리아세탈)을 포함한다. 적합한 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 예는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 다른 엔지니어링 플라스틱 및 본원에 열거된 임의의 2 종 이상의 중합체의 블렌드를 포함한다.
이전에 열거된 결정질 또는 반-결정질 중합체 입자 중 임의의 것을 세라믹 입자와 배합하여 복합체 입자를 형성할 수 있다. 적절한 세라믹 입자의 예는 금속 산화물, 무기 유리, 탄화물, 질화물 및 붕화물을 포함한다. 일부 특정 예는 알루미나(Al2O3), 유리, 일질화 규소(SiN), 이산화 규소(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화 티타늄(TiO2) 또는 이들의 조합물을 포함한다. 결정질 또는 반-결정질 중합체 입자와 결합될 수 있는 세라믹 입자의 양은 사용되는 재료 및 형성될 3D 부품에 의존할 수 있다. 하나의 예에서, 세라믹 입자는 빌드 재료 입자(16)의 전체 중량%를 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
빌드 재료 입자(16)는 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위의 융점 또는 연화점을 가질 수 있다. 예로서, 빌드 재료 입자(16)는 180℃의 융점을 갖는 폴리아미드일 수 있다.
빌드 재료 입자(16)는 유사한 크기의 입자 또는 상이한 크기의 입자로 구성될 수 있다. 빌드 재료 입자(16)와 관련하여 본원에서 사용되는 "크기"라는 용어는 구형 입자의 직경, 또는 비-구형 입자의 평균 직경(즉, 입자를 가로지르는 다수의 직경의 평균), 또는 입자 분포의 부피-가중(volume-weighted) 평균 직경을 지칭한다. 일례에서, 빌드 재료 입자(16)의 평균 크기는 5 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄 시스템(10)은 또한, 융합제(26 또는 26')(즉, 저 색조 또는 프라이머 융합제)의 특정 예를 포함할 수 있는 잉크젯 적용 장치(24A)를 포함한다.
융합제(26, 26')는 일반적으로 수성 또는 비-수성 비히클 및 그 안에 분산된 플라즈몬 공명 흡수제를 포함한다. 융합제(26')는 플라스몬 공명 흡수제로서의 CTO 나노 입자, 쯔비터이온성(zwitterionic) 안정화제 및 수성 비히클을 포함하는 저 색조 또는 프라이머 융합제의 한 특정 예이다.
전술한 바와 같이, 융합제(26)는 플라즈몬 공명 흡수제를 포함한다. 상기 플라스몬 공명 흡수제는 융합제(26)가 800nm 내지 4000nm 파장의 복사선을 흡수하도록 허용하는데, 이는 융합제(26)가 충분한 복사선을 열 에너지로 전환시켜 빌드 재료 입자(16)가 융합되도록 할 수 있다. 플라스몬 공명 흡수제는 또한 융합제(26)가 400nm 내지 780nm 파장에서 투과성을 갖도록 하는데, 이는 3D 물체(38)가 백색 또는 약간 유색이 되도록 할 수 있다.
플라스몬 공명 흡수제의 흡수는 플라스몬 공명 효과의 결과이다. 플라스몬 공명 흡수제의 원자와 결합된 전자는 전자기 복사선에 의해 집단적으로 여기될 수 있는데, 이는 전자의 집단적인 진동을 야기한다. 이들 전자를 집단적으로 여기시키고 진동시키는데 필요한 파장은 플라스몬 공명 흡수제 입자에 존재하는 전자의 수에 따라 달라지며, 이는 다시 플라스몬 공명 흡수제 입자의 크기에 좌우된다. 입자의 전자를 집단적으로 진동시키는데 필요한 에너지의 양은, 매우 작은 입자(예컨대, 1 내지 100nm)가 그 입자 크기의 수 배(예를 들어, 8 내지 800배 이상)의 파장을 갖는 전자기 복사선을 흡수할 수 있도록 충분히 낮다. 이들 입자의 사용은, 융합제(26)가 잉크젯 분사가능할 뿐만 아니라 전자기선-선택적일 수 있도록(예를 들어, 800nm 내지 4000nm의 파장에서 흡수성을 갖고, 400nm 내지 780nm의 파장에서 투과성을 가짐) 한다.
하나의 예에서, 플라스몬 공명 흡수제는 0nm 초과 내지 220nm 미만의 평균 입경(예를 들면 부피-가중 평균 입경)을 갖는다. 다른 예에서, 플라스몬 공명 흡수제는 0nm 초과 내지 120nm의 평균 입경을 갖는다. 또 다른 예에서, 플라스몬 공명 흡수제는 약 10nm 내지 약 200nm의 평균 직경을 갖는다.
한 예에서, 플라즈몬 공명 흡수제는 무기 안료이다. 적합한 무기 안료의 예는 육붕화란탄(LaB6), 텅스텐 청동(AxWO3), 산화인듐주석(In2O3:SnO2, ITO), 산화알루미늄아연(AZO), 산화루테늄(RuO2), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 철 피록센(AxFeySi2O6, 여기에서 A는 Ca 또는 Mg이고, x=1.5-1.9, y=0.1-0.5임), 개질된 인산철(AxFeyPO4), 및 개질된 피로인산구리(AxCuyP2O7)를 포함한다. 텅스텐 청동은 알칼리 도핑된 산화텅스텐일 수 있다. 적합한 알칼리 도판트(즉, AxWO3에서 A)의 예는 세슘, 나트륨, 칼륨 또는 루비듐일 수 있다. 한 예에서, 알칼리 도핑된 산화텅스텐은 알칼리 도핑된 산화텅스텐의 총 몰%에 기초하여 0몰% 초과 내지 약 0.33몰%의 양으로 도핑될 수 있다. 적합한 개질된 인산철(AxFeyPO4)은 인산구리철(A=Cu, x=0.1-0.5, y=0.5-0.9), 인산마그네슘철(A=Mg, x=0.1-0.5, y=0.5-0.9), 및 인산아연철(A=Zn, x=0.1-0.5, y=0.5-0.9)을 포함할 수 있다. 개질된 인산철의 경우, 양이온과의 전하 평형에 기초하여 포스페이트의 수가 변할 수 있음을 알아야 한다. 적합한 개질된 피로인산구리(AxCuyP2O7)는 피로인산철구리(A=Fe, x=0-2, y=0-2), 피로인산마그네슘구리(A=Mg, x=0-2, y=0-2) 및 피로인산아연구리(A=Zn, x=0-2, y=0-2)를 포함한다. 무기 안료의 조합물도 사용할 수 있다.
융합제(26)에 존재하는 플라스몬 공명 흡수제의 양은 융합제(26)의 총 중량%에 기초하여 약 1.0중량% 내지 약 20.0중량%이다. 일부 예에서, 융합제(26)에 존재하는 플라스몬 공명 흡수제의 양은 약 1.0중량% 내지 약 10.0중량%이다. 다른 예에서, 융합제(26)에 존재하는 플라스몬 공명 흡수제의 양은 4.0중량% 초과 내지 약 15.0중량% 이하이다. 이들 플라스몬 공명 흡수제 담지량이 분사 신뢰성 및 전자기 복사선 흡수 효율을 갖는 융합제(26) 사이의 평형을 제공하는 것으로 생각된다.
본원에 사용되는 "FA 비히클"은, 플라스몬 공명 흡수제가 위치하여 융합제(26)를 형성하는 액체를 가리킬 수 있다. 수성 및 비-수성 비히클을 비롯한 매우 다양한 FA 비히클을 플라스몬 공명 흡수제와 함께 사용할 수 있다. 몇몇 예에서, FA 비히클은 물만 또는 비-수성 용매(예컨대, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 에탄올 등)만 포함한다. 다른 예에서, FA 비히클은 분산 첨가제, 계면활성제, 보조 용매, 살생물제(즉, 항생제), 코게이션(kogation) 방지제, 실란 커플링제, 킬레이트화제 및 이들의 조합물을 추가로 포함할 수 있다.
FA 비히클이 수계(water-based)인 경우, 융합제(26)의 수성 특성은 융합제(26)가 빌드 재료 입자(16)의 층(14) 내로 적어도 부분적으로 침투할 수 있게 한다. 빌드 재료 입자(16)은 소수성일 수 있고, 융합제(26)가 수계 또는 비-수계일 때 융합제(26)중 보조 용매, 계면활성제 및/또는 분산 첨가제의 존재는 특정 습윤 행태를 수득하는데 도움을 줄 수 있다.
융합제(26)중 플라스몬 공명 흡수제는 몇몇 예에서 분산 첨가제와 함께 분산될 수 있다. 이와 같이, 분산 첨가제는 플라스몬 공명 흡수제를 융합제(26) 전체에 균일하게 분포시키는데 도움이 된다. 상기 언급된 바와 같이, 분산 첨가제는 또한 빌드 재료 입자(16) 상으로의 융합제(26)의 습윤에도 도움을 줄 수 있다. 분산 첨가제의 몇몇 예는 수용성 아크릴산 중합체[예를 들어, 루브리졸(Lubrizol)에서 구입가능한 카보스퍼스(CARBOSPERSE)® K7028], 스티렌-아크릴 안료 분산 수지[예컨대, 바스프 코포레이션(BASF Corp.)에서 구입가능한 존크릴(JONCRYL)® 671], 안료 친화성 기를 갖는 고분자량 블록 공중합체[비와이케이 애디티브즈 앤드 인스트루먼츠(BYK Additives and Instruments)에서 구입가능한 디스퍼빅(DISPERBYK)®-190], 및 이들의 조합물을 포함한다. 단일 분산 첨가제가 사용되든 또는 분산 첨가제들의 조합물이 사용든지 간에, 융합제(26)중 분산 첨가제(들)의 총량은 융합제(26)중 플라스몬 공명 흡수제의 중량%에 기초하여 약 10중량% 내지 약 200중량%일 수 있다.
융합제(26)의 습윤 특성을 개선하기 위하여 FA 비히클에 계면활성제(들)도 사용될 수 있다. 적합한 계면활성제의 예는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 일부 특정 예는, 아세틸렌계 디올 화학물질을 기반으로 하는 자가-유화성 비이온성 습윤제[예를 들어, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)의 서피놀(SURFYNOL)® SEF], 비이온성 플루오로계면활성제[예컨대, 듀퐁(DuPont)으로부터의 캡스톤(CAPSTON)® 플루오로계면활성제, 이전에 조닐(ZONYL) FSO로 알려짐], 및 이들의 조합물을 포함한다. 다른 예에서, 계면활성제는 에톡시화된 저-발포 습윤제(예를 들어, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼 인코포레이티드의 서피놀® 440 또는 서피놀® CT-111) 또는 에톡시화된 습윤제 및 분자 소포제(예를 들어, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼 인코포레이티드의 서피놀® 420)이다. 또 다른 적합한 계면활성제는 비이온성 습윤제 및 분자 소포제(예를 들어, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼 인코포레이티드의 서피놀® 104E) 또는 수용성 비이온성 계면활성제[예를 들어, 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)의 터지톨(TERGITOL)™ TMN-6, 터지톨™ 15S7 및 터지톨™ 15S9]를 포함한다. 일부 예에서, 음이온성 계면활성제가 상기 비이온성 계면활성제와 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 적합한 음이온성 계면활성제는 알킬다이페닐옥사이드 다이설포네이트(예: 더 다우 케미칼 캄파니의 다우팍스(DOWFAX)TM 8390 및 다우팍스TM 2A1)를 포함한다. 몇몇 예에서는, 10 미만의 친수-친유 평형(HLB)을 갖는 계면활성제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
단일 계면활성제가 사용되든 계면활성제들의 조합물이 사용되든 간에, 융합제(26) 중 계면활성제의 총량은 융합제(26)의 총 중량%를 기준으로 약 0.1중량% 내지 약 4중량% 범위일 수 있다.
FA 비히클에 첨가될 수 있는 보조 용매의 일부 예는 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리딘온, 2-피롤리딘온, 1,5-펜탄디올, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 트리프로필렌 글리콜 메틸 에터, 및 이들의 조합물을 포함한다. 단일 보조 용매가 사용되든 또는 보조 용매들의 조합물이 사용되든 간에, 융합제(26)중 보조 용매(들)의 총량은 융합제(26)의 총 중량%에 대해 약 2중량% 내지 약 80중량%일 수 있다.
살생물제 또는 항균제가 융합제(26)에 첨가될 수 있다. 적합한 살생물제의 예는 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온의 수용액, 4차 암모늄 화합물[예컨대, 바닥(BARDAC)® 2250 및 2280, 바??(BARQUAT)® 50-65B, 및 카보??(CARBOQUAT)® 250-T, 모두 론자 리미티드 코포레이션(Lonza Ltd. Corp.)로부터 입수가능], 및 메틸이소티아졸론의 수용액, 뉴오세프트(NUOSEPT)®(애쉬랜드 인코포레이티드(Ashland Inc.)), 반사이드(VANCIDE)®(알. 티. 반더 캄파니(R.T. Vander Co.)), 악티사이드(ACTICIDE)®B20 및 악티사이드®M20(토르 케미칼즈(Thor Chemicals))를 포함한다. 단일 살생물제를 사용하든 살생물제들의 조합물을 사용하든 간에, 융합제(26)중 살생물제(들)의 총량은 융합제(26)의 총 중량%에 대해 약 0.1중량% 내지 약 1중량%일 수 있다.
코게이션 방지제가 융합제(26)에 포함될 수 있다. 코게이션은 열 잉크젯 프린트헤드의 가열 요소 상의 건조된 잉크(예를 들어, 융합제(26))의 침착을 나타낸다. 코게이션 방지제(들)는 코게이션의 발생을 방지하는데 도움을 주기 위해 포함된다. 적합한 코게이션 방지제의 예는 올레쓰(oleth)-3-포스페이트[예를 들어, 크로다(Croda)로부터 상업적으로 입수가능한 크로다포스(CRODAFOS)™ O3A 또는 크로다포스™ N-3 산(acid)], 또는 올레쓰-3-포스페이트와 저분자량(예를 들어, < 5,000) 아크릴계 중합체의 조합물(예를 들어, 루브리졸로부터 상업적으로 입수가능한 카보스퍼스™ K-7028 폴리아크릴레이트)을 포함한다. 단일 코게이션 방지제가 사용되든 코게이션 방지제들의 조합물이 사용되든 간에, 융합제(26)중 코게이션 방지제(들)의 총량은 융합제(26)의 총 중량%를 기준으로 약 0.1중량% 내지 약 0.2중량% 범위일 수 있다.
실란 커플링제를 융합제(26)에 첨가하여 유기 물질과 무기 물질의 결합을 도울 수 있다. 적합한 실란 커플링제의 예는 모멘티브(Momentive)에서 제조하는 실퀘스트(SILQUEST)® A 씨리즈를 포함한다.
단일 실란 커플링제가 사용되든 또는 실란 커플링제들의 조합물이 사용되든 간에, 융합제(26)중 실란 커플링제(들)의 총량은 융합제(26)중 플라스몬 공명 흡수제의 중량%에 기초하여 약 0.1중량% 내지 약 50중량%일 수 있다. 하나의 예에서, 융합제(26)중 실란 커플링제(들)의 총량은 플라스몬 공명 흡수제의 중량%에 기초하여 약 1중량% 내지 약 30중량%이다. 다른 예에서, 융합제(26)중 실란 커플링제(들)의 총량은 플라스몬 공명 흡수제의 중량%에 기초하여 약 2.5중량% 내지 약 25중량%이다.
융합제(26)는 킬레이트화제 같은 다른 첨가제도 포함할 수 있다. 상기 킬레이트화제는 중금속 불순물의 해로운 영향을 없애기 위해 포함될 수 있다. 적합한 킬레이트화제의 예는 디소듐 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA-Na), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 및 메틸글리신디아세트산[예를 들어, 바스프 코포레이션으로부터의 트릴론(TRILON)® M]을 포함한다. 단일 킬레이트화제가 사용되든 또는 킬레이트화제들의 조합물이 사용되든 간에, 융합제(26)중 킬레이트화제(들)의 총량은 융합제(26)의 총 중량%에 기초하여 0중량% 내지 약 2중량%일 수 있다. 융합제(26)를 위한 또 다른 적합한 첨가제는 습윤제 및 윤활제(예를 들어, 리포 케미칼즈(Lipo Chemicals)의 리포닉(LIPONIC) EG-1(LEG-1))이다.
융합제(26)의 잔부는 물 또는 비-수성 용매이다.
전술한 바와 같이, 융합제(26')는 저 색조 또는 프라이머 융합제의 특정 예이다. 융합제(26')는 플라즈몬 공명 흡수제로서의 CTO 나노 입자, 쯔비터이온성 안정화제 및 수성 비히클을 포함한다.
융합제(26') 내의 CTO 나노 입자는 일반식 CsxWO3(0 <x <1)을 갖는다. 세슘 텅스텐 산화물 나노 입자는 융합제(26')에 밝은 청색을 부여할 수 있다. 컬러의 강도는 적어도 부분적으로는, 융합제(26') 내의 CTO 나노 입자의 양에 좌우될 수 있다. 3D 부품 상에 외부 백색 층을 형성하는 것이 바람직할 때, 백색을 달성하기 위해 CTO 나노 입자는 융합제(26')에 더 적게 사용될 수 있다. 일 예에서, CTO 나노 입자는 융합제(26') 내에 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 양(융합제(26')의 전체 중량%를 기준으로 함)으로 존재할 수 있다.
CTO 나노 입자의 평균 입자 크기(예, 부피-가중 평균 직경)는 약 1 nm 내지 약 40 nm의 범위일 수 있다. 일부 예에서, CTO 나노 입자의 평균 입자 크기는 약 1nm 내지 약 15nm 또는 약 1nm 내지 약 10nm의 범위일 수 있다. 입자 크기의 상한치(예를 들어, 약 30 nm 내지 약 40 nm)는, 이들 입자가 안정화되기가 더 어려울 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
융합제(26')는 또한 쯔비터이온성 안정화제를 포함한다. 쯔비터이온성 안정화제는 융합제(26')의 안정화도를 향상시킬 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제는 전체 중성 전하를 갖지만, 분자의 하나 이상의 영역은 양전하(예, 아미노기)를 가지며, 분자의 하나 이상의 다른 영역은 음전하를 갖는다. CTO 나노 입자는 약간의 음전하를 가질 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제 분자는, 약간 음성의 CTO 나노 입자 주위에, CTO 나노 입자에 가장 근접한 쯔비터이온성 안정화제 분자의 양성의 영역 및 CTO 나노 입자로부터 가장 먼 쯔비터이온성 안정화제 분자의 음성의 영역이 배향될 수 있다. 이어서, 쯔비터이온성 안정화제 분자의 음성의 영역의 음전하가 CTO 나노 입자들을 서로 밀어낸다. 쯔비터이온성 안정화제 분자는 CTO 나노 입자 주위에 보호층을 형성하고, 입자들이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하고/하거나 입자 표면 사이의 거리를 증가시킬 수 있다(예: 약 1 nm 내지 약 2 nm 범위의 거리 만큼). 따라서, 상기 쯔비터이온성 안정화제는 CTO 나노 입자들이 융합제(26')에서 응집 및/또는 침강되는 것을 방지할 수 있다.
적합한 쯔비터이온성 안정화제의 예로는, C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 적어도 10 g인 C2 내지 C8 아미노 카복실산, 타우린 및 이들의 조합물이 포함된다. C2 내지 C8 아미노 카복실산의 예는 베타-알라닌, 감마-아미노부티르산, 글리신 및 이들의 조합물을 포함한다.
쯔비터이온성 안정화제는 (융합제(26')의 전체 중량을 기준으로) 약 2 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 융합제(26')에 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 베타인일 때, C2 내지 C8 베타인은 융합제(26')의 전체 중량%의 약 8 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 C2 내지 C8 아미노 카복실산인 경우, C2 내지 C8 아미노 카복실산은 융합제(26')의 전체 중량%의 약 2 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 쯔비터이온성 안정화제가 타우린인 경우, 타우린은 융합제(26')의 전체 중량%의 약 2 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
일례에서, CTO 나노 입자 대 쯔비터이온성 안정화제의 중량비는 1:10 내지 10:1의 범위이다. 또 다른 예에서, CTO 나노 입자 대 쯔비터이온성 안정화제의 중량비는 1:1이다.
일례에서, 융합제(26')는 또한, 계면활성제 및 나머지량의 물을 포함하는 수성 비히클을 포함한다. 또 다른 예에서, 융합제(26')의 수성 비히클은 공용매, 계면활성제 및 나머지량의 물을 포함한다. 융합제(26)에 대해 이전에 기술된 공용매 및/또는 계면활성제 중 임의의 것을 전술한 각각의 양으로 융합제(26')에 사용할 수 있으며, 단 이때 중량%는 융합제(26')의 총 중량%에 대한 것이다. 융합제(26')는 또한 습윤제 및 윤활제를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 융합제(26')는 또한, 코게이션 방지제, 킬레이트화제, 살생물제 또는 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 또한 포함할 수 있다. 융합제(26)에 대해 이전에 기술된 임의의 코게이션 방지제, 킬레이트화제 및/또는 살생물제가 융합제(26')에 사용될 수 있다. 첨가제의 양은 첨가제의 유형에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 첨가제는 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%의 범위의 양(융합제(26')의 총 중량% 기준)으로 융합제(26')에 존재할 수 있다. 특정 예로서, 융합제(26)에 대해 이전에 기술된 코게이션 방지제, 킬레이트화제 및/또는 살생물제의 각각의 양이 융합제(26')에서 사용될 수 있으며, 단 이때 중량%는 융합제(26')의 총 중량%에 대한 것이다.
본원에 개시된 일부 예에서, 융합제(26')는 추가의 분산제(예를 들어 저 분자량(예: < 5,000) 폴리아크릴산 중합체, 예컨대 루브리졸(Lubrizol)의 카보스퍼스(CARBOSPERSE)™ K-7028 폴리아크릴레이트), 방부제(들), 분사성(jettability) 향상 첨가제(들) 등을 포함한다.
CTO 나노 입자는 융합제(26')를 형성하기 위해 (쯔비터이온성 안정화제 포함) 다른 성분에 첨가될 수 있음을 이해해야 한다. 또 다른 예에서, CTO 나노 입자는, 다른 성분에 첨가되어 융합제(26')를 형성하는 별도의 분산액인 세슘 텅스텐 산화물 나노 입자 분산액(쯔비터이온성 안정화제 포함)에 존재할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄 시스템(10)의 일부 예는 적어도 하나의 추가 잉크젯 적용 장치(inkjet applicator)(24B 및/또는 24C)를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 인쇄 시스템(10)은, 잉크젯 적용 장치(24A)에 추가하여, 코어 융합제(28)를 포함할 수 있는 잉크젯 적용 장치(24B)를 포함한다. 다른 예에서, 인쇄 시스템(10)은, 잉크젯 적용 장치(24A)에 추가하여, 착색된 잉크젯 잉크(30)를 포함할 수 있는 잉크젯 적용 장치(24C)를 포함한다. 또 다른 예에서, 인쇄 시스템(10)은, 잉크젯 적용 장치(24A)에 추가하여 잉크젯 적용 장치(24B, 24C)를 모두 포함한다.
코어 융합제(28)의 예는, 복사선 흡수제(즉, 활성 물질)를 포함하는 수계 분산액이다. 코어 융합제(28) 내의 활성 물질의 양은, 활성 물질이 흡수하는 양에 의존할 수 있다. 일 예에서, 코어 융합제(28)는 활성 물질을 포함할 수 있고, 코어 융합제(28)로 형성된 3D 부품 층에 적어도 0.01 중량%의 활성 물질을 포함하기에 충분한 양으로 적용될 수 있다. 심지어 이러한 적은 양조차 블랙-착색된 부품 층을 생성할 수 있다.
코어 융합제(28) 중의 활성 물질은 블랙인 임의의 적외선 흡수 착색제일 수 있다. 이런 경우, 코어 융합제(28)는 본원에서 블랙 융합제(28)로 지칭될 수 있다. 일례에서, 활성 물질은 근적외선 흡수제이다. 패브리컬러(Fabricolor), 이스트맨 코닥(Eastman Kodak) 또는 야마모토(Yamamoto)가 생산하는 임의의 근적외선 블랙 착색제가 코어 융합제(28)에 사용될 수 있다.
하나의 예로서, 코어 융합제(28)는 활성 물질로서 카본 블랙을 포함하는 잉크 제형일 수 있다. 이 잉크 제형의 예는 CM997A, 516458, C18928, C93848, C93808 등으로 상업적으로 알려져 있으며, 이들은 모두 HP 인코포레이티드에서 입수할 수 있다. 다른 예로서, 코어 융합제(28)는, 활성 물질로서 근적외선 흡수 염료를 포함하는 잉크 제형일 수 있다.
코어 융합제(28)는, 이전에 열거된 공용매(들), 비이온성 계면활성제(들), 항균제(들) 및/또는 코게이션 방지제(들) 중의 임의의 것을 또한 포함할 수 있는 수성 제형이다. 코어 융합제(28)의 일례에서, 공용매(들)는 코어 융합제(28)의 전체 중량의 약 1 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 존재하고, 비이온성 계면활성제(들)은 코어 융합제(28)의 전체 중량%를 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 범위의 양으로 존재하며, 살생물제(들)은 코어 융합제(28)의 전체 중량%를 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 양으로 존재하며, 및/또는 코게이션 방지제(들)은 코어 융합제(28)의 전체 중량%를 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
코어 융합제(28)의 일부 예는, 코어 융합제(28)의 pH를 조절하는데 사용되는 pH 조절제를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, (코어 융합제(28)의 총 중량% 중의) 0 중량% 내지 2 중량%의 pH 조절제가 사용될 수 있다.
착색된 잉크젯 잉크(30)는 착색제, 분산제/분산 첨가제, 공용매 및 물을 포함한다. 몇몇 경우, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 이들 성분을 포함하고 다른 성분을 포함하지 않는다. 다른 예들에서, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 코게이션 방지제, 살생물제, 결합제 및 이들의 조합물을 추가로 포함할 수 있다.
착색된 잉크젯 잉크(30)의 착색제는, 백색 이외의 컬러를 갖는 안료 및/또는 염료이다. 다른 컬러의 예는 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 등을 포함한다. 일부 경우, 착색된 잉크(34)의 착색제는 또한 적외선 파장에 대해 투과성일 수 있다. IR 투과성 착색제의 예는 애시드(acid) 옐로우 23(AY 23), AY 17, 애시드 레드 52(AR 52), AR 289 및 리액티브 레드 180(RR 180)를 포함한다. 다른 경우, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 착색제는 적외선 파장에 대해 완전히 투과성이지 않을 수 있지만, 접촉되는 빌드 재료 입자를 충분히 가열하기에 충분한 복사선을 흡수하지는 않는다. 예를 들어, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 착색제는 일부 가시광 파장 및 일부 적외선 파장을 흡수할 수 있다. 이러한 착색제의 일부 예로는 시안 착색제, 예를 들어 다이렉트 블루 199(DB 199) 및 피그먼트 블루 15:3(PB 15:3)이 있다.
착색된 잉크젯 잉크(30)는, 착색된 잉크젯 잉크(30) 전체에 착색제를 균일하게 분포시키는 것을 돕고 잉크(30)를 빌드 재료 입자(16) 상에 습윤시키는 것을 돕는 분산 첨가제를 또한 포함한다. 융합제(26)에 대해 본원에서 논의된 임의의 분산 첨가제가, 착색된 잉크젯 잉크(30)에 사용될 수 있다. 분산 첨가제는 착색제와 유사한 양으로 착색된 잉크젯 잉크(30)에 존재할 수 있다.
비-백색 착색제 및 분산 첨가제 이외에, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 융합제(26)에서와 유사한 성분(예: 공-용매(들), 코게이션 방지제(들), 살생물제(들), 물 등)을 포함할 수 있다. 착색된 잉크젯 잉크(30)는 또한, 결합제, 예를 들면 아크릴 라텍스 결합제(이는, 스티렌, 아크릴산, 메타크릴 산, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 부틸 메타크릴레이트 중 임의의 둘 이상의 공중합체일 수 있음)를 포함할 수 있다. 착색된 잉크젯 잉크(30)의 일부 예는 습윤제 및 윤활제(예를 들어, 리포 케미칼즈(Lipo Chemicals)의 리포닉(LIPONIC) EG-1(LEG-1)), 킬레이트화제(예를 들어 디소듐 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA-Na)) 및/또는 완충제를 포함한다.
안료-계의 착색된 잉크젯 잉크(30)의 예는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 안료(들), 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 공용매(들), 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 분산 첨가제(들), 0.01 중량% 내지 약 1 중량%의 코게이션 방지제(들), 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 결합제(들), 약 0.05 중량% 내지 약 0.1 중량%의 살생물제(들), 및 잔량의 물을 포함한다. 염료-계의 착색된 잉크젯 잉크(30)의 예는 약 1 중량% 내지 약 7 중량%의 염료(들), 약 10 중량% 내지 약 30 중량%의 공용매(들), 약 1 중량% 내지 약 7 중량%의 분산 첨가제(들), 0.05 중량% 내지 약 0.1 중량%의 킬레이트화제(들), 약 0.005 중량% 내지 약 0.2 중량%의 완충제(들), 약 0.05 중량% 내지 약 0.1 중량%의 살생물제(들) 및 잔량의 물을 포함한다.
착색된 잉크젯 잉크(30)의 일부 예는, 시안, 마젠타 및 옐로우 잉크 세트, 예를 들어 C1893A(시안), C1984A(마젠타) 및 C1985A(황색) 또는 C4801A(시안), C4802A(마젠타) 및 C4803A(황색)(모두 휴렛-패커드 캄파니(Hewlett-Packard Company)에서 입수할 수 있음)를 포함한다. 다른 상용 착색된 잉크에는 C9384A(프린트헤드 HP 72), C9383A(프린트헤드 HP 72), C4901A(프린트헤드 HP 940) 및 C4900A(프린트헤드 HP 940)가 포함된다.
잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는, 화살표(32)에 의해 지시된 방향으로, 예를 들어 y-축을 따라, 빌드 영역 플랫폼(12)을 가로질러 스캐닝될 수 있다. 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는 예를 들어 열 잉크젯 프린트헤드, 압전 프린트헤드 등일 수 있으며, 빌드 영역 플랫폼(12)의 폭을 연장할 수 있다. 잉크젯 적용 장치 24A, 24B, 24C)가 단일 적용 장치로서 도 1에 도시되어 있지만, 각각의 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)는 빌드 영역 플랫폼(12)의 폭에 걸치는 다수의 잉크젯 적용 장치를 포함할 수 있다. 또한, 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는 다수의 프린트바(printbar)에 위치될 수 있다. 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는 예를 들어, 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)가 빌드 영역의 폭에 걸쳐있지 않은 구성에서는, x 축을 따라 스캐닝되어, 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)가 각각 융합제(26, 26'), 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)를 빌드 재료 입자(16) 층의 대면적 위로 침적시킬 수 있다. 따라서, 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는, 빌드 영역 플랫폼(12)에 인접한 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)를 이동시키는 이동하는(moving) XY 스테이지 또는 병진 캐리지(translational carriage)(이들 중 어느 것도 도시되지 않음)에 결합되어, 본원에 기술된 방법(들)에 따라 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 형성된 빌드 재료 입자(16)의 층의 소정 영역에 각각의 유체(26 또는 26'), 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)를 침적시킬 수도 있다. 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는, 유체(26 또는 26', 28 및 30)를 각각 배출시키는 다수의 노즐(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 인쇄 시스템(10)은 또한, 디테일링제(detailing agent)(42)(도 4h 참조)를 포함할 수 있는 다른 잉크젯 적용 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 다른 잉크젯 적용 장치는 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)와 유사하며, 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)를 참조하여 본원에 설명된 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
디테일링제(42)는, 융합되지 않는 빌드 재료 입자(16)의 열 관리에 사용될 수 있다. 디테일링제(42)는 물 단독일 수 있다. 상기 디테일링제(42)는 또한 계면활성제 및/또는 공용매를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디테일링제(42)는 이들 구성 요소들로 구성되고, 다른 구성 요소는 함유하지 않는다. 다른 예에서, 디테일링제(42)는 코게이션 방지제, 살생물제 또는 이들의 조합물을 추가로 포함한다. 디테일링제(34)의 상기 성분들은, 융합제(26, 26') 및/또는 코어 융합제(28)와 관련하여 본원에 기재된 계면활성제, 공용매, 코게이션 방지제 및 살생물제와 유사할 수 있다.
잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)는 각각, 약 300 도트/인치(DPI) 내지 약 1200 DPI 범위의 분해능(resolution)으로 융합제(26 또는 26'), 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 액적을 전달한다. 다른 예에서, 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)는 각각의 유체(26 또는 26', 28 및 30)의 액적을 더 높은 또는 더 낮은 분해능으로 전달할 수 있다. 액적 속도는 약 5m/s 내지 약 24m/s의 범위일 수 있고, 발사 빈도수(firing frequency)는 약 1kHz 내지 약 100kHz의 범위일 수 있다. 일 예시에서, 각각의 액적은 액적 당 약 10 피코리터(pl) 정도일 수 있지만, 더 큰 또는 더 작은 액적 크기가 사용될 수 있다고 생각된다. 일부 예에서, 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)는 각각 유체(26 또는 26', 28 및 30)의 가변적 크기의 액적을 전달할 수 있다.
이전에 기술된 각각의 물리적 요소는 인쇄 시스템(10)의 제어기(34)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제어기(34)는 빌드 영역 플랫폼(12), 빌드 재료 공급부(14), 빌드 재료 분배기(18) 및 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C)의 작동을 제어할 수 있다. 예로서, 제어기(34)는, 3D 인쇄 시스템(10) 구성 요소의 다양한 동작을 제어하기 위해 액추에이터(도시되지 않음)를 제어할 수 있다. 제어기(34)는 컴퓨팅 장치, 반도체-기반 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 용도 특이적(application specific) 집적 회로(ASIC) 및/또는 다른 하드웨어 장치일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제어기(34)는 통신 라인을 통해 3D 인쇄 시스템(10) 구성 요소에 연결될 수 있다.
제어기(34)는, 프린터의 레지스터(register) 및 메모리 내에서 물리적(전자적) 양으로 표현될 수 있는 데이터를 조작하고 변환하여, 물리적 요소를 제어하여 3D 부품을 생성한다. 이로써, 제어기(34)는 데이터 저장부(36)와 통신하는 것으로 도시된다. 데이터 저장부(36)는, 3D 인쇄 시스템(10)에 의해 인쇄될 3D 부품에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 빌드 재료 입자(16), 융합제(26 또는 26'), 코어 융합제(28), 착색된 잉크젯 잉크(30) 등의 선택적 전달을 위한 데이터는 형성될 3D 부품의 모델로부터 도출될 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터는, 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)가 융합제(26 또는 26'), 코어 융합제(28), 착색된 잉크젯 잉크(30) 및/또는 디테일링제(42)를 침적시키는 빌드 재료 입자의 각 층 상의 위치를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 제어기(34)는 상기 데이터를 사용하여 잉크젯 적용 장치(24A)를 제어하여 융합제(26 또는 26')를 선택적으로 적용할 수 있다. 데이터 저장부(36)는 또한, 빌드 재료 공급부(14)에 의해 공급되는 빌드 재료 입자(16)의 양, 빌드 영역 플랫폼(12)의 이동, 빌드 재료 분배기(18)의 이동, 잉크젯 적용 장치(들)(24A, 24B, 24C) 등의 이동을 제어기(34)가 제어하게 하는 기계 판독가능 명령어(비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장됨)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄 시스템(10)은 또한 복사선 공급원(radiation source)(38, 38')을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 복사선 공급원(38)은 빌드 영역 플랫폼(12)에 대해 고정된 위치에 있을 수 있다. 다른 예에서, 복사선 공급원(38')은 융합제(26, 26') 및/또는 코어 융합제(28)가 적용된 직후에 빌드 재료 입자 층(16)을 복사선에 노출시키도록 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 복사선 공급원(38')은 잉크젯 적용 장치(24A, 24B, 24C)의 측면에 부착되어, 패터닝 및 가열을 단일 통과(single pass)로 허용한다.
복사선 공급원(38, 38')은 약 800nm 내지 약 1mm 범위의 파장을 갖는 전자기 복사선을 방출할 수 있다. 일 예시로서, 전자기 복사선은 약 800nm 내지 약 2㎛의 범위일 수 있다. 다른 예로서, 전자기 복사선은 약 1100nm의 파장에서 최대 강도를 갖는 흑체(blackbody) 복사선일 수 있다. 복사선 공급원(38, 38')은 적외선(IR) 또는 근적외선 광원, 예를 들어 IR 또는 근적외선 경화 램프, IR 또는 근적외선 발광 다이오드(LED), 또는 바람직한 IR 또는 근적외선 전자파 파장을 갖는 레이저일 수 있다.
복사선 공급원(38, 38')은, 복사선 시스템 구성 요소(40)로서 집합적으로 도시된 바와 같은, 램프/레이저 드라이버, 입력/출력 온도 제어기 및 온도 센서에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 복사선 시스템 구성 요소(40)는 함께 작동되어 복사선 공급원(38, 38')을 제어한다. 입력/출력 온도 제어기에 온도 레시피(recipe)(예를 들어, 복사선 노출율)가 제공될 수 있다. 가열 동안, 상기 온도 센서는 빌드 재료 입자(16)의 온도를 감지할 수 있으며, 온도 측정치는 입력/출력 온도 제어기로 전송될 수 있다. 예를 들어, 가열된 영역과 연계된 온도계는 온도 피드백(feedback)을 제공할 수 있다. 입력/출력 온도 제어기는 상기 레시피와 실시간 측정 사이의 임의의 차이에 기초하여 복사선 공급원(38, 38') 파워 설정치를 조정할 수 있다. 이들 파워 설정치는 램프/레이저 드라이버로 보내지며, 이는 적절한 램프/레이저 전압을 복사선 공급원(38, 38')에 전송한다. 이것은 복사선 시스템 구성 요소(40)의 일 예이며, 다른 복사선 공급원 제어 시스템이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 제어기(34)가 복사선 공급원(38, 38')를 제어하도록 구성될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 3D 인쇄 방법(100)의 예가 도시된다. 이러한 방법의 예는 코어 융합제(28) 및 융합제(26 또는 26')(즉, 저 색조 융합제 또는 프라이머 융합제)를 사용한다. 이 방법(100)을 사용하여, 기계적 일체성을 갖는 코어층을 형성하고 코어층(들) 상에 외부 백색 층 또는 프라이머 층 및 외부 착색층을 형성할 수 있다.
방법(100)의 일례는, 코어 융합제(18)를 빌드 재료(즉, 빌드 재료 입자(16))의 적어도 일부에 선택적으로 적용하는 단계(참조 번호 102); 빌드 재료(16)를 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 코어 융합제(28)와 접촉하는 빌드 재료(16)의 부분을 융합시켜 코어층을 형성하는 단계(참조 번호 104); 코어층 상에 빌드 재료(16)의 층을 적용하는 단계(참조 번호 106); 빌드 재료 층의 적어도 일부에 프라이머 융합제(26, 26')를 적용하는 단계(참조 번호 108); 상기 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 프라이머 융합제(26, 26')와 접촉하는 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜 층을 형성하는 단계(참조 번호 110)를 포함한다. 프라이머 융합제(26, 26')로 형성된 층은 프라이머 층(그 위에 다른 층이 형성됨)일 수 있거나 또는 형성되는 부품의 외부 층(또는 외부 층(들)을 형성하는 수 개의 층(들) 중 하나)일 수 있다.
방법(100)은, 몇몇 코어층(46, 46', 46") 및 외부 백색 층(48)을 포함하는 도 3에 도시된 바와 같은 부품(44)을 형성하는데 사용될 수 있다. 코어층(46, 46', 46")은, 순차적으로 각각의 빌드 재료 층을 코어 융합제(28)로 선택적으로 패터닝하고 각각의 패터닝된 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써 형성된다. 외부 백색 층(48)은, 최외 코어층(46") 상에 빌드 재료 층을 적용하고, 이를 융합제(26, 26')로 패터닝하고, 이를 전자기 복사선에 노출시킴으로써 형성된다. 외부 백색 층(48)은, 부품(44)에 백색(또는 약간 유색) 외부 표면을 제공한다. 이런 경우, 외부 백색 층(48)은, 이것이 커버하는 블랙 코어층(들)(46, 46', 46")을 광학적으로 단리시킨다.
도 3에 도시된 예시적인 부품(44)에서, 외부 백색 층(48)은, 부품(44)을 완전히 둘러싸지 않고, 가시적일 코어층(46")의 외부 표면(들) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 부품(44)이 사용 중일 때 부품(44)의 표면(50)은 가시적이지 않을 수 있으며, 따라서 이 표면(50) 상에 외부 백색 층(48)을 형성하는 것이 바람직하지 않을 수 있다.
상기 방법(100)은, 상기 외부 백색 층(48)의 적어도 일부분 상에 외부 착색층(도 3에 도시되지 않음)을 갖는 부품(44)을 형성하는 부가적인 공정, 또는 프라이머 층(본원에서 각각 프라이머 층(48', 48", 48"')로 지칭되는 프라이머 층 부품(48', 48", 48"')을 포함함)에 의해 완전히 캡슐화된 코어층(46) 및 외부 착색층(본원에서 착색층(52, 52', 52")으로 지칭되는 착색층 부분(52, 52', 52")을 포함함)을 갖는 또 다른 부품(44) 을 형성하는 부가적인 공정을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 부품(44')을 형성하는 방법(100')이 이제 도 4a 내지 도 4h를 참조하여 논의될 것이다. 상기 방법 전체에 걸쳐, 하나의 잉크젯 적용 장치가 다중 참조 번호(24A, 24B 및/또는 24C)로 표시될 수 있지만, 상기 적용 장치들은 별도의 적용 장치들일 수도 있고, 아니면 각각의 유체를 분배하기 위한 여러 개의 개별 카트리지를 가진 단일 적용 장치일 수 있음이 이해될 것이다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 빌드 재료 입자(16)의 층(54)이 빌드 영역 플랫폼(12)에 적용된다. 도 4a에서, 빌드 재료 공급부(14)는, 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 펼 준비가 되도록 하는 위치로 공급할 수 있다. 도 4b에서는, 빌드 재료 분배기(18)가, 공급된 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 펼 수 있다. 제어기(34)는, 빌드 재료 공급부(14)를 제어하는 제어 빌드 재료 공급 명령을 실행하여 빌드 재료 입자(16)를 적절하게 위치시키고, 빌드 재료 분배기(18)를 제어하는 제어 스프레더 명령을 실행하여 빌드 재료 플랫폼(12) 위에 상기 공급된 빌드 재료 입자(16)를 펴서 그 위에 빌드 재료 입자(16)의 층(54)이 형성되게 할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 빌드 재료 입자(16)의 하나의 층(54)이 적용되었다.
층(54)은, 빌드 영역 플랫폼(12)을 가로질러 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 일례에서, 층(54)의 두께는 약 50 ㎛ 내지 약 300 ㎛의 범위이지만, 더 얇거나 더 두꺼운 층이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 층(54)의 두께는 약 20 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛일 수 있다. 층 두께는 보다 미세한 부품 정의를 위해 최소한 입자 직경의 약 2 배일 수 있다.
도 3에 도시된 부품(44)을 형성하기 위해, 빌드 재료의 이 층(54)은 코어 융합제(28)로 패터닝된 다음 (즉, 코어 융합제(28)는 코어층(46)에 대한 단면의 패턴을 따라 층(54) 상에 선택적으로 분배된다), 전자기 복사선에 노출되어 코어층(46)을 형성한다. 본원에 사용된 바와 같이, 형성되는 부품의 층의 단면은, 빌드 영역 플랫폼(12)의 접촉면에 평행한 단면을 지칭한다. 예를 들어, 코어층(46)이 큐브 또는 실린더와 같이 형상화되는 경우, 코어 융합제(28)는, 빌드 재료 입자(16)의 층(54)의 적어도 일부에 정사각형 패턴 또는 원형 패턴(평면도로 볼 때)으로 각각 침적될 것이다.
도 4b에 도시된 예에서, 빌드 재료 입자(16)의 층(54)은, 형성되는 부품(44')의 제 1 층(예를 들면, 착색층(52))의 컬러를 향상시키는 데 사용되는 희생층이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 층(54)의 적어도 부분(56)에 선택적으로 적용된다. 이런 경우, 층(54)의 이 부분(56)의 빌드 재료 입자(16)가 착색된다. 이 예에서, 상기 희생층(54)은 (융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)가 그 위에 적용되지 않기 때문에) 융합되지 않는다. 오히려, 희생층(54) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)의 일부는 상부에 형성되는 부품 층(예를 들면, 착색층(52))의 융합된 빌드 재료 입자에 매립될 수 있다. 다시 말하면, 부분(56) 내의 착색된 빌드 재료(16)의 일부는 그에 인접하여 형성된 부분 층의 표면에 매립될 수 있다. 이 비-융합되고 매립된 착색된 빌드 재료 입자(16)는, 착색층(52)과 주위의 비-융합된 빌드 재료 입자(16) 사이에 착색된 계면을 제공함으로써, (궁극적으로 형성된 착색층(52)의) 표면에서의 포화를 유지하는데 도움을 줄 수 있다.
단일 희생층(54)이 도시되어 있지만, 몇몇 희생층(54)이 서로 접촉하여 순차적으로 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
희생층(54)의 부분(들)(56)에 적용되는 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러는 부품(44') 또는 적어도 그에 인접하여 형성된 착색층(52) 부분에 대한 원하는 컬러에 의존할 것이다. 예를 들어, 시안 잉크, 마젠타 잉크 및 옐로우 잉크가 단독으로 또는 조합되어 다양한 컬러를 달성할 수 있으며, 블랙 잉크(즉, 비-융합 블랙 잉크)가 다른 잉크들 중 어느 것과 함께 인쇄되어 컬러를 변경하거나 또는 생성 컬러의 L*을 낮출 수 있다.
도 4b에 도시되지는 않았지만, 착색된 잉크젯 잉크(30)를 가진 부분(56)에 디테일링제(42)가 선택적으로 적용될 수 있다. 디테일링제(42)는 그와 접촉한 빌드 재료 입자(16)의 온도를 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점 미만으로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 희생층(54)이 융합되지 않기 때문에, 디테일링제(42)는 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 이 층(54)에 적용될 수 있다.
착색된 잉크젯 잉크(30)는 적어도 부분적으로 희생층(54) 내로 침투할 것이다. 착색된 잉크젯 잉크(30) 내의 착색제의 입자 크기 및 빌드 재료 입자(16) 사이의 공극 크기에 따라, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 희생층(54)의 전체 두께에 걸쳐 침투할 수 있다. 이는, 빌드 재료 입자(16)의 후속 층(58)이 적용될 수 있는 표면을 생성한다.
빌드 재료 입자(16)의 층(58)은 층(54)과 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 층(58)은 도 4c에 도시되어 있다. 층(58)은 (희생층(54)이 융합되지 않기 때문에)이 층(58)의 적어도 일부가 융합되어 3D 부품(44')의 제 1 층을 형성하기 때문에 제 1 빌드 재료 층으로 간주될 수 있다.
추가 공정 전에, 빌드 재료 입자(16)의 층(58)은 가열에 노출될 수 있다. 가열은 빌드 재료 입자(16)를 예비-가열하기 위해 수행될 수 있고, 따라서 가열 온도는 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 낮을 수 있다. 이런 경우, 선택된 온도는 사용되는 빌드 재료 입자(16)에 좌우될 것이다. 예로서, 예비-가열 온도는 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 약 5℃ 내지 약 50℃ 낮을 수 있다. 예를 들어, 예비-가열 온도는 약 50℃ 내지 약 350℃ 범위이다. 다른 예에서, 예비-가열 온도는 약 150℃ 내지 약 170℃의 범위이다.
빌드 재료 입자(16)의 층(58)을 예비-가열하는 것은, 빌드 재료 표면(12)상의 모든 빌드 재료 입자(16)를 열에 노출시키는 임의의 적합한 열원을 사용하여 달성될 수 있다. 열원의 예는 열원(예를 들어, 입자(16)의 히터(도시되지 않음)) 또는 전자기 복사선 공급원(38, 38')을 포함한다.
층(58)이 형성되고, 일부 경우 예비-가열된 후에, 층(58) 내의 빌드 재료 입자(16)의 동일 부분 상에, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 선택적으로 적용된다. 도 4c에서는, 융합제(26, 26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 층(58)의 부분(60)에 적용되는 것으로 도시되어 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는 형성될 착색층(52)(도 4d에 도시됨)에 대한 단면의 패턴으로 선택적으로 적용된다.
도 4c에 도시된 예에서, 부분(60)은, 착색된 잉크젯 잉크(30)가 적용된 층(54)의 부분(56)에 인접한다.
부품(44') 또는 부품(44')의 특정 착색층(52)에 대한 원하는 컬러가 상기 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러일 때, 융합제(26, 26')는 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 적용된다. 융합제(26, 26')는 투명하거나 약간 옅게 착색되어 있으므로, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 착색제가 착색된 층(52)의 융합된 빌드 재료 입자 전반에 걸쳐 매립됨에 따라, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러는 생성 착색층(52)의 컬러가 될 것이다. 융합제(26, 26')는 더 밝은 컬러 또는 백색을 얻는데 특히 적합할 수 있다. 착색층(52)에 대한 원하는 컬러가 더 어두운 컬러 또는 블랙인 경우, 코어 융합제(28)가 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 적용될 수 있다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 층(58)의 특정 부분(60)에 선택적으로 적용된 후에, 빌드 재료(16)의 전체 층(58)이 전자기 복사선에 노출된다 (도 4c와 도 4d 사이에서 EMR 노출로 도시됨).
전자기 복사선은 복사선 공급원(38, 38')으로부터 방출된다. 전자기 복사선이 인가되는 시간 길이 또는 에너지 노출 시간은, 예를 들어 복사선 공급원(38, 38')의 특성; 빌드 재료 입자(16)의 특성; 및/또는 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)의 특성 중 하나 이상에 의존한다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열이 접촉 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는, 층(58) 내의 빌드 재료 입자(16)의 온도를 입자(16)의 융점 또는 연화점 이상으로 충분히 상승시켜 빌드 재료 입자의 융합(예를 들어, 소결, 결합, 경화 등)이 일어날 수 있게 한다. 전자기 복사선에의 노출은 도 4d에 도시된 바와 같이 착색층(52)을 형성한다.
또한, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)가 적용되지 않은 빌드 재료(16)의 부분은 융합하기에 충분한 에너지를 흡수하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 생성된 열 에너지는, 융합제(26, 26') 또는 그것에 적용된 코어 융합제(28)를 갖지 않는 주위 빌드 재료(16)로 전파될 수 있다. 열 에너지의 전파로 인해, 예를 들어 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)에 노출되지 않은 층(58)의 빌드 재료 입자(16)에 디테일링제(42)가 적용될 때, 층(58) 내의 비-패턴화된 빌드 재료 입자(16)의 융합이 억제될 수 있다. 더욱이, 디테일링제(42)가 층(54) 내에 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 적용될 때, 열 에너지의 전파로 인해, 층(54) 내의 빌드 재료 입자(16)의 융합이 억제될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 층(54) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)의 일부는 착색층(52)의 융합된 빌드 재료 입자의 인접한 표면에 매립되게 될 수 있다.
단일 착색층(52)이 도시되어 있지만, 몇개의 착색층(52)이 서로 접촉하여 순차적으로 형성되어 최종 부품(44') 내의 코어층(들)(46) 주위에 (하나의 복셀(voxel)보다 두꺼운) 컬러 영역이 구축될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 최외 착색층(52)은 하나의 복셀 딥 쉘(deep shell)을 형성할 수 있고, 다른 착색층은 더 두꺼운 컬러 영역을 생성할 수 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 성형된 부품(44')의 외부에서 채도를 증가시키기 위해, 코어층(들)(46)에 더 근접하여 위치된 다른 착색층과 비교하여, 최외 착색층(52)에서 더 높을 수 있다.
도 4d는 또한 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 층(62)을 도시하며, 여기서는 착색층(52) 및 층(58)의 임의의 융합되지 않은 빌드 재료 입자(16)에 층(62)이 적용된다. 층(62)은 층(54, 58)과 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
추가의 가공 전에, 빌드 재료 입자(16)의 층(62)은 전술한 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(62)이 형성되고, 어떤 경우에는 예비-가열된 후에, 층(62)의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(64) 상에 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용된다. 층(62)의 부분(들)(64)은, 융합제(26, 26')로부터 백색, 투명 또는 약간 착색된 프라이머 층(48')을 형성할 것이다. 이 프라이머 층(48')은 부품(44')에서 착색층(52)과 후속 형성된 블랙 코어층(들)(46) 사이에 위치된다(도 4h 참조). 이 프라이머 층(48')은 초기 층 또는 제 1 프라이머 층으로 지칭될 수 있다. 프라이머 층(48')은 블랙 코어층(들)(46)의 적어도 일부를 광학적으로 단리시킨다.
도 4d에 도시된 예에서, 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용되는 부분(64)은 이미 형성된 착색층(52)의 일부(전부는 아님)에 인접한다. 이 방식으로, 형성되는 부품(44')의 측면들을 따라 착색층(들)(52')(도 4e에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 융합제(26, 26')을 선택적으로 적용하는 것이 수행될 수 있다. 부품(44')의 측부를 따라 착색층(들)(52')을 형성하기 위해, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)이 층(62) 내의 빌드 재료 입자(16)의 다른 부분(들)(66) 상에 선택적으로 적용된다. 예를 들어, 부분(들)(66)은, 형성될 부품(44')의 특정 층의 둘레(perimeter)를 한정할 수 있고, 부분(64)의 둘레 또는 가장자리 경계 E의 외부(즉, 융합제(26, 26')만이 임의의 빌드 재료 층에 선택적으로 침적되는 최외측 부분)에 있을 수 있다.
형성되는 부품(44')의 측부를 따라 착색층(52')(도 4e에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 부분(들)(66)에 인접하거나 그 주위를 둘러싸는 비-패턴화된 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(68) 내에 착색된 잉크젯 잉크(30)(디테일링제(42)를 갖거나 갖지 않음)를 선택적으로 침적하는 것이 바람직할 수 있다(이는, 융합될 때, 부품(44)의 측부를 따라 착색층(52')을 형성할 것이다). 부분(들)(68) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)는 착색층(52')의 융합된 빌드 재료 입자 내에 매립되게 될 수 있다. 이러한 비-융합되고 매립된 착색된 빌드 재료(16)는, 착색층(52')과 주변의 비-융합된 빌드 재료 입자(16) 사이에 착색된 계면을 제공함으로써 (착색층(52')의) 표면에서 포화를 유지하는 것을 도울 수 있다.
부품(44')의 측부를 착색시키는 것이 바람직하지 않은 경우, 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용되는 부분(64)은, 이미 형성된 착색층(52)의 일부 또는 전부에 인접할 수 있지만, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는 층(62) 내의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(66) 상에 선택적으로 적용되지 않을 것이다.
부분(들)(64) 상에 융합제(26, 26')가 적용되고, 일부 경우 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 부분(들)(66) 상에 선택적으로 적용된 후, 빌드 재료 입자(16)의 전체 층(62)은 전술한 방식으로 전자기 복사선에 노출된다(도 4d 및 도 4e 사이의 EMR 노출로 도시됨).
이 예에서, 융합제(26, 26')는 부분(64)에서 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 변환시키고, 열이 그와 접촉하는 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진시킨다. 일 예에서, 융합제(26, 26')는, 부분(64) 내의 빌드 재료 입자(16)의 온도를 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 높게 충분히 상승시켜, 빌드 재료 입자의 융합(예컨대, 소결, 결합, 경화 등)이 일어나도록 한다. 전자기 복사선에 대한 노출은, 도 4e에 도시된 바와 같이, 프라이머 층(48')을 형성한다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 부분(들)(66) 상에 선택적으로 적용되면, EMR 노출은 외측 가장자리(들)에서 착색층(들)(52')을 형성할 것이다. 이들 부분(들)(66)에서, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열이 그와 접촉하는 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진하여 이들을 융합시킨다. 이러한 전자기 복사선에의 노출은, 도 4e에 도시된 바와 같이, 착색층(들)(52')을 형성한다.
착색층(들)(52')의 폭은 부품(44')의 이 부분에서 컬러 영역을 형성하기에 충분히 클 수 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 형성된 부품(44')의 외부에서 채도를 증가시키기 위해서는, 착색층(들)(52')의 최내측 가장자리와 비교하여 착색층(들)(52')의 최외측 가장자리에서 더 높을 수 있다.
도 4e는 또한, 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 층(70)을 예시하며, 여기서는, 층(62)의 프라이머 층(48'), 착색층(들)(52') 및 임의의 비-융합된 빌드 재료 입자(16)에 층(70)이 적용된다. 층(70)은 층(54, 58, 62)과 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
추가의 가공 전에, 빌드 재료 입자(16)의 층(70)은 전술한 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(70)이 형성되고, 몇몇 경우에는 예비-가열된 후, 코어 융합제(28)가 층(70)의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(72) 상에 선택적으로 적용된다. 층(70)의 부분(들)(72)는 코어층(46)을 형성할 것이며(도 4f), 이는 코어 융합제(28)로부터 블랙으로 될 수 있다. 단일 코어층(46)이 도시되어 있지만, 몇몇 코어층(46)이 서로 접촉되게 순차적으로 형성되어 코어 영역(또는 부품 코어)이 구축되어 부품(44')의 부피(bulk)를 구성할 수도 있음을 이해하여야 한다. 몇몇 코어층(46)은 부품(44')의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.
도 4e에 도시된 예에서, 코어 융합제(28)가 선택적으로 적용되는 부분(72)은 이미 형성된 프라이머 층(48')의 일부분(전부는 아님)에 인접한다. 이러한 방식으로, 형성되는 부품(44')의 측부를 따라 착색층(들)(52')(도 4f에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 코어 융합제(28)를 선택적으로 적용하는 것이 수행될 수 있다. 형성되는 코어층(46)이 블랙일 수 있기 때문에, 코어층(46)과 인접 착색층(들)(52') 사이에 프라이머 층(48")을 형성하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
코어층(46)의 둘레를 따라 프라이머 층(48")을 형성하기 위해, 부분(72)의 둘레 또는 가장자리 경계 E'(즉, 코어 융합제(28)만이 임의의 빌드 재료 층에 선택적으로 침적되는 최외측 부분)에 바로 인접하는, 층(70) 내의 빌드 재료 입자(16)의 다른 부분(또는 제 2 부분)(들)에 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용된다. 따라서 둘레/가장자리 경계 E'는 코어 융합제(28)에 의해 한정된다. 프라이머 층(48")의 둘레를 따라 또는 그에 인접하여 착색층(들)(52')을 형성하기 위해, 부분(74)의 둘레 또는 가장자리 경계(E)에 바로 인접한, 층(70) 내의 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 (또는 제 3) 부분(들)(76)(이는 프라이머 융합제(26, 26')에 의해 한정됨) 상에 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 선택적으로 적용된다.
형성되는 부품(44')의 측부를 따라 착색층(들)(52')(도 4f에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 부분(들)(76)에 인접하거나 그 주위에 있는 비-패턴화된 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(78)에 착색된 잉크젯 잉크(30)(디테일링제(42)를 갖거나 갖지 않음)를 선택적으로 침적하는 것이 또한 바람직할 수 있다 (이는 융합될 때, 부품(44')의 측부를 따라 착색층(52')을 형성할 것이다). 부분(들)(78) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)는 착색층(52')의 융합된 빌드 재료 입자 내에 매립될 수 있다. 비-융합되고 매립된 착색된 빌드 재료 입자(16)는, 착색층(들)(52')과 주변의 비-융합된 빌드 재료 입자(16) 사이에 착색된 계면을 제공함으로써 (착색층(52')의) 표면에서 포화를 유지하는데 도움을 줄 수 있다.
부품(44')의 측부를 착색시키는 것이 바람직하지 않은 경우 (예를 들어, 코어층(46)의 일부가 노출/가시화되어야 하는 경우), 융합제(28)가 선택적으로 적용되는 부분(72)은 이미 형성된 부품(48', 52')의 일부 또는 전부에 인접할 수 있지만, 융합제(26, 26')는 부분(들)(74) 상에 선택적으로 적용되지 않을 것이고, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는 층(70) 내의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(76) 상에 선택적으로 적용되지 않을 것이다.
층(70)이 바람직한 방식으로 적어도 코어 융합제(28)로 패터닝된 후에, 빌드 재료 입자(16)의 전체 층(70)은 앞에서 설명한 방식으로 전자기 복사선에 노출된다(도 4e와 도 4f 사이에 EMR 노출로 도시됨).
이 예에서, 융합제(28)는 부분(72)에서 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열이 접촉 빌드 재료의 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(28)는 부분(72)의 빌드 재료 입자(16)의 온도를 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 높게 충분히 상승시켜서 빌드 재료 입자의 융합(예를 들어, 소결, 결합, 경화 등)이 발생하게 한다. 전자기 복사선에의 노출은 도 4f에 도시된 바와 같이 코어층(46)을 형성한다.
융합제(26, 26')가 부분(들)(74) 상에 선택적으로 적용되고 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 부분(들)(76)에 선택적으로 적용되면, EMR 노출은 또한 코어층(46)의 외측 가장자리(들)에서 프라이머 층(48") 및 착색층(52')을 형성할 것이다. 이들 부분(들)(74, 76)에서, 상기 융합제(26, 26' 및/또는 28)은 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열의 접촉 빌드 재료 입자(16)로의 전달을 촉진하여 그들을 융합시킨다. 전자기 복사선에 대한 이러한 노출은 도 4f에 도시된 바와 같이 프라이머 층(들)(48") 및 착색층(들)(52')을 형성한다.
프라이머 층(들)(48")의 폭은 블랙 코어층(46)을 광학적으로 단리시키기에 충분히 클 수 있다. 착색층(들)(52')의 폭은, 부품(44')의 이 부분에서 컬러 영역을 형성하기에 충분히 클 수 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 착색층(들)(52')의 최내측 가장자리와 비교하여, 착색층(들)(52')의 최외측 가장자리에서 더 높아서, 형성된 부품(44')의 외부에서 채도를 증가시킬 수 있다.
도 4f는 또한 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 층(80)을 예시하며, 여기서는, 코어층(46), 프라이머 층(들)(48"), 착색층(들)(52'), 및 프라이머 층(80)의 융합되지 않은 빌드 재료 입자(16)에 층(80)이 적용될 수 있다. 층(80)은 층(54, 58, 62, 70)과 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
추가의 가공 전에, 빌드 재료 입자(16)의 층(80)은 전술한 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(80)이 형성되고, 어떤 경우에는 예비-가열된 후, 층(80)의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(82) 상에 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용된다. 층(80)의 부분(들)(82)은, 융합제(26, 26')로부터 백색이거나 약간 착색된 다른 프라이머 층(48"')을 형성할 것이다. 이 프라이머 층(48"')은 부품(44') 내에서 블랙 코어층(들)(46)과 후속적으로 형성된 착색층(들)(52") 사이에 위치된다(도 4h 참조). 이런 경우, 프라이머 층(48"')은 성형된 부품(44')의 다른 단부에서 블랙 코어층(들)(46)을 광학적으로 단리시킨다.
도 4f에 도시된 예에서, 이미 형성된 코어층(들)(46) 및 프라이머 층(들)(48")에, 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용되는 부분(82)이 인접한다. 이러한 방식으로, 형성되는 부품(44')의 측부를 따라 착색층(들)(52')(도 4g에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 융합제(26, 26')를 선택적으로 적용하는 것이 수행될 수 있다. 부품(44')의 측부를 따라 착색층(들)(52')을 형성하기 위해, 부분(82) 내의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(84) 상에 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 선택적으로 적용된다. 예를 들어, 부분(들)(84)은 형성될 부품(44')의 그 특정 층의 둘레를 한정할 수 있고, 부분(82)의 가장자리 경계 E의 외측에 있을 수 있다.
형성되는 부품(44')의 측부를 따라 착색층(52')(도 4g에 도시됨)을 형성하는 것이 바람직할 때, 부분(들)(84)에 인접하거나 그 주위를 둘러싸는 비-패턴화된 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(86)에 착색된 잉크젯 잉크(30)(디테일링제(42)를 갖거나 갖지 않음)를 선택적으로 침적하는 것이 바람직할 수 있다 (이는, 융합될 때, 부품(44')의 측부를 따라 착색층(52')을 형성할 것이다). 부분(들)(86) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)는 착색층(52')의 융합된 빌드 재료 입자에 매립된 상태로 될 수 있다. 비-융합되고 매립된 착색된 빌드 재료 입자(16)는, 착색층(52')과 비-융합된 빌드 재료 입자(16) 사이에 착색된 계면을 제공함으로써 (착색층(52')의) 표면에서의 포화를 유지하는데 도움을 줄 수 있다.
부품(44')의 측부를 착색시키는 것이 바람직하지 않은 경우, 융합제(26, 26')가 선택적으로 적용되는 부분(82)은 이미 형성된 착색층(52')의 일부 또는 전부에 인접할 수 있지만, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는 층(80) 내의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(84) 상에 선택적으로 적용되지 않을 것이다.
부분(들)(82) 상에 융합제(26, 26')가 적용되고, 일부 경우 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 부분(들)(84) 상에 선택적으로 적용된 후, 빌드 재료 입자(16)의 전체 층(80)은 전술한 방식으로 전자기 복사선에 노출된다 (도 4f 및 도 4g 사이에 EMR 노출로 도시됨).
이 예에서, 융합제(26, 26')는 부분(82)에서 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열이 그와 접촉하는 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(26, 26')는 부분(82)의 빌드 재료 입자(16)의 온도를 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 높게 충분히 상승시켜, 빌드 재료 입자의 융합(예컨대, 소결, 결합, 경화 등)이 발생되게 한다. 전자기 복사선에 대한 노출은, 도 4g에 도시된 바와 같이, 프라이머 층(48"')을 형성한다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 부분(84)에 선택적으로 적용되면, EMR 노출은 프라이머 층(48"')의 외측 가장자리(들)에 착색층(들)(52')을 형성할 것이다. 이들 부분(들)(84)에서, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키고, 열이 그와 접촉하는 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진하여, 이들을 융합시킨다. 이러한 전자기 복사선에의 노출은, 도 4g에 도시된 바와 같이, 착색층(들)(52')을 형성한다.
착색층(들)(52')의 폭은, 부품(44')의 이 부분에서 컬러 영역을 형성하기에 충분히 클 수 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 착색층(들)(52')의 최내측 가장자리와 비교하여, 착색층(들)(52')의 최외측 가장자리에서 더 높아서, 형성된 부품(44')의 외부에서 채도를 증가시킬 수 있다.
도 4g는 또한 빌드 재료 입자(16)의 또 다른 층(88)을 나타내며, 여기서 층(88)은 프라이머 층(들)(48"') 및 그것에 인접한 착색층(들)(52')에 적용되고, 층(80)의 융합되지 않은 빌드 재료 입자(16)에 적용된다. 층(88)은 층(54, 58, 62, 70, 80)과 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
추가의 가공 전에, 빌드 재료 입자(16)의 층(88)은 전술한 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(88)이 형성되고, 일부 경우 예비-가열된 후, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)이 층(88) 내의 빌드 재료 입자(16)의 동일 부분(들) 상에 선택적으로 적용된다. 도 4g에는, 융합제(26, 26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 층(88)의 부분(90)에 적용된 것으로 도시되어 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는, 형성될 착색층(52")(도 4h에 도시됨)을 위한 단면의 패턴으로 선택적으로 적용된다.
도 4g에 도시된 예에서, 부분(90)은, 프라이머 층(48"') 및 프라이머 층(48"')에 인접한 착색층(들)(52')에 인접한다.
부품(44'), 또는 부품(44')의 특정 착색층(52")에 대한 원하는 컬러가, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러일 때, 융합제(26, 26')는 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 적용된다. 융합제(26, 26')는 투명하거나 약간 유색이기 때문에, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 착색제가 착색층(52“)의 융합된 빌드 재료 입자 전체에 걸쳐 매립됨에 따라, 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러가 생성된 착색층(52")의 컬러가 될 것이다. 융합제(26, 26')는 더 밝은 색 또는 백색을 얻는데 특히 적합할 수 있다. 착색층(52")에 대한 원하는 컬러가 더 어두운 컬러 또는 블랙인 경우, 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 코어 융합제(28)가 적용될 수 있다.
부분(들)(90)에 인접하거나 이를 둘러싸는 비-패턴화된 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(92) 내에 착색된 잉크젯 잉크(30)(디테일링제(42)를 갖거나 갖지 않음)를 선택적으로 침적하는 것이 바람직할 수도 있다 (이는, 융합될 때, 부품(44')의 상부 표면을 따라 착색층(52")을 형성할 것임). 부분(들)(92) 내의 착색된 빌드 재료 입자(16)는, 착색층(52")의 측부 또는 가장자리를 따라, 융합된 빌드 재료 입자에 매립될 수 있다. 비-융합되고 매립된 착색된 빌드 재료 입자(16)는, 착색층(52")과 비-융합된 빌드 재료 입자(16) 사이에 착색된 계면을 제공함으로써, (착색층(52")의) 표면에서 포화를 유지하는 것을 도울 수 있다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 층(88)의 특정 부분(들)(90)에 선택적으로 적용된 후에, 빌드 재료(16)의 전체 층(88)이 전자기 복사선에 노출된다 (도 4g 및 4h 사이에 EMR 노출로 도시됨). 전자기 복사선은 전술한 방식으로 복사선 공급원(38, 38')로부터 방출된다.
융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키며, 열이 접촉 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28)는, 층(88)의 부분(90) 내의 빌드 재료 입자(16)의 온도를, 입자(16)의 융점 또는 연화점 이상으로 충분히 상승시켜, (26, 26' 또는 28)와 접촉하는) 빌드 재료 입자(16)의 융합(예를 들어, 소결, 결합, 경화 등)을 허용한다. 전자기 복사선에의 노출은, 도 4h에 도시된 바와 같이, 잉크젯 잉크(30)의 착색제가 매립되어 있는 착색층(52")을 형성한다.
단일 착색층(52")이 도시되어 있지만, 몇몇 착색층(52")이 서로 접촉하여 순차적으로 형성되어, 최종 부품(44')에서 코어층(들)(46) 주변에 (하나의 복셀보다 두꺼운) 컬러 영역이 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 최외 착색층(52")은 하나의 복셀 딥 쉘(deep shell)을 형성할 수 있고, 다른 착색층은 더 두꺼운 컬러 영역을 생성할 수 있다. 융합제(26, 26') 또는 코어 융합제(28) 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 코어층(들)(46)에 더 근접하여 위치된 다른 착색층과 비교하여, 최외 착색층(52")에서 더 높아서, 성형된 부품(44')의 외부에서 채도를 증가시킬 수 있다.
도시되지는 않았지만, 착색층(52")에 착색된 잉크젯 잉크(30)가 선택적으로 적용될 수 있다. 착색층(52")에 적용된 착색된 잉크젯 잉크(30)는, 착색층(52")의 표면에서 빌드 재료 입자를 착색시킴으로써, 이들 입자가 융합되던지 아니면 융합되지 않고 융합된 입자에 매립되던지에 상관없이, 착색층(52")의 표면에서 포화를 유지하는데 도움을 줄 수 있다.
착색층(52")에 적용되는 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러는, 부품(44') 또는 적어도 잉크(30)가 적용되는 착색층(52")에 대한 원하는 컬러에 의존할 것이다. 예를 들어, 시안 잉크, 마젠타 잉크 및 옐로우 잉크가 단독으로 또는 조합되어 다양한 컬러를 달성할 수 있으며, 블랙 잉크(즉, 비-융합 블랙 잉크)는 다른 잉크들 중 어느 것과 함께 인쇄되어 컬러를 변경하거나 또는 생성 컬러의 L*을 낮출 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 착색된 잉크젯 잉크(30)와 함께 착색층(52") 상에 디테일링제(42)가 선택적으로 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
희생층(54)(잉크젯 잉크(30)를 상부에 가짐) 및 외부 착색층(52, 52', 52")이 형성되지 않도록 방법(100')이 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(100')의 이 변형된 형태에서는, 프라이머 층(48')이 먼저 형성될 것이다. 생성된 부품에서는, 모든 프라이머 층(48', 48", 48"')이 노출/가시성일 것이며, 따라서 부품의 외부를 형성할 것이다. 이 예에서, 프라이머 층(48', 48", 48"')은, 코어층(들)(46)을 캡슐화하는 외부 백색 층을 형성할 것이다. 방법(100')이 이러한 방식으로 변형될 때, 형성되는 부품은 (융합제(26, 26')의 컬러에 의존하여) 백색이거나 약간 착색된다.
이제 도 5를 참조하면, 3D 인쇄 방법(200)의 또 다른 예가 도시된다. 상기 방법의 이 예는, CTO 나노 입자, 쯔비터이온성 안정화제 및 수성 비히클을 포함하는 융합제(26')를 사용한다. 이 방법(200)은 백색 또는 약간 엷은 색을 띤 부품(44")(도 6c에 도시됨)을 형성하는데 사용될 수 있다.
방법(200)의 일례는, 중합체성 빌드 재료(즉, 빌드 재료 입자(16))를 적용하는 단계(참조 번호 202); 전술한 바와 같이 융합제(26')가 CTO 나노 입자, 쯔비터이온성 안정화제 및 수성 비히클을 포함하는 경우, 중합체성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 융합제(26')를 선택적으로 적용하는 단계(참조 번호 204); 및 중합체성 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시킴으로써 융합제(26')와 접촉하는 중합체성 빌드 재료의 부분을 융합시켜 층을 형성하는 단계(참조 번호 206)를 포함한다. 도 6a 내지 도 6d는 방법(200)의 예를 도시한다.
도 6a에서는, 빌드 재료 입자(16)의 층(94)이 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 적용된다. 전술한 바와 같이, 빌드 재료 공급부(14)는 빌드 재료 입자(16)를, 이것이 빌드 영역 플랫폼(12) 상으로 퍼질 준비가 되도록 하는 위치로 공급할 수 있고, 빌드 재료 분배기(18)는 공급된 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 상으로 퍼지게 할 수 있다. 제어기(34)는, 빌드 재료 입자(16)를 적절히 위치시키도록 빌드 재료 공급부(14)를 제어하는 빌드 재료 공급 제어 명령을 실행할 수 있고, 빌드 재료 플랫폼(12) 위에 공급된 빌드 재료 입자(16)를 퍼지게 하여 빌드 재료 입자(16)의 층(94)을 상부에 형성하는 빌드 재료 분배기(18)를 제어하는 스프레더 제어 명령을 실행할 수 있다.
빌드 재료 입자(16)의 층(94)은 본원에서 설명된 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(94)이 적용되고, 일부 경우 예비-가열된 후, 층(94) 내의 빌드 재료 입자(16)의 부분(들)(96) 상에 선택적으로 융합제(26')가 적용된다. 층(62)의 부분(들)(96)은 3D 부품(44")(도 6c) 또는 부품(44"')(도 6d)의 제 1 층(98)을 형성할 것이다. 이런 경우, 융합제(26')는, 층(98)을 위한 단면의 패턴에 따라 층(94) 상에 선택적으로 분배된다.
융합제(26')가 부분(들)(96) 상에 적용된 후, 빌드 재료 입자(16)의 전체 층(94)은 이전에 설명된 방식으로 전자기 복사선에 노출된다 (도 6a 및 도 6b 사이의 EMR 노출로 도시됨).
이 예에서, 융합제(26')는 부분(들)(96)에서 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키며, 열이 접촉 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(26')는 부분(96) 내의 빌드 재료 입자(16)의 온도를 빌드 재료 입자(16)의 융점 또는 연화점보다 높게 충분히 상승시켜, 빌드 재료 입자(16)의 융합(예를 들어, 소결, 결합, 경화 등)이 일어나게 한다. 전자기 복사선에 대한 노출은 도 6b에 도시된 바와 같이 층(98)을 형성한다.
적용된 융합제(26')를 상부에 갖지 않는 빌드 재료(16)의 부분은 융합하기에 충분한 에너지를 흡수하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
층(98)이 형성된 후에, 부가적인 층(들)(예를 들어, 도 6c에 도시된 98', 98", 98"')이 그 위에 형성되어 3D 부품(44")의 예를 생성할 수 있다(도 6c에 도시됨). 예를 들어, 다른 층(98')을 형성하기 위해, 부가적인 중합체성 빌드 재료(즉, 입자(16))가 층(98) 상에 적용될 수 있다. 그 다음, 부가적인 빌드 재료 입자(16)의 적어도 일부분 상에, 형성되는 층(예를 들어, 층(98'))을 위한 단면의 패턴에 따라, 융합제(26')가 선택적으로 적용된다. 융합제(26')가 적용된 후에, 부가적인 중합체성 빌드 재료(즉, 입자(16))의 전체 층은 전술한 방식으로 전자기 복사선에 노출된다. 추가적인 중합체성 빌드 재료 입자(16)의 적용, 융합제(26')의 선택적 적용 및 전자기 복사선 노출은, 부품(44")을 형성하기 위해, 미리 결정된 수의 사이클을 반복할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 예에서, 층(98, 98', 98", 98"')을 형성하는 각각의 빌드 재료 층의 부분 각각에, 착색된 잉크젯 잉크(30)를 융합제(26')와 함께 적용함으로써 전체 부품(44“)에 컬러를 부여할 수도 있다.
방법(200)은 부품(44")의 형성에서 종료되거나, 부품(44")의 상부 표면에 컬러가 부여될 수 있다. 이것은 도 6c 및 6d에 도시되어 있다.
컬러를 부여하고 부품(44'")을 형성하기 위해(도 6d에 도시됨), 중합체성 빌드 재료 입자(16)의 최종 층(112)이 부품(44")에 적용된다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 이 층(112)은 부품(44")의 최외 층(98"')에 적용된다. 추가 공정 전에, 층(112)은 전술한 방식으로 예비-가열에 노출될 수 있다.
층(112)이 형성되고, 어떤 경우에는 예비-가열된 후에, 층(112) 내의 빌드 재료 입자(16)의 동일한 부분(들)(114) 상에 융합제(26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 선택적으로 적용된다. 융합제(26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)는 형성될 착색층(52")을 위한 단면의 패턴으로 선택적으로 적용된다(도 6d에 도시됨). 적용되는 착색된 잉크젯 잉크(30)의 컬러는 부품(44"')에 대한 원하는 색상에 따라 달라질 것이다.
융합제(26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)가 적용된 후에, 중합체성 빌드 재료(즉, 입자(16))의 전체 층(112)은 전술한 방식으로 전자기 복사선에 노출된다. 융합제(26')는 복사선의 흡수를 향상시키고, 흡수된 복사선을 열 에너지로 전환시키며, 열이 접촉 빌드 재료 입자(16)로 전달되는 것을 촉진한다. 일 예에서, 융합제(26')는 층(112)의 부분(114) 내의 빌드 재료 입자(16)의 온도를, 입자(16)의 융점 또는 연화점 이상으로 충분히 상승시켜, (재료(26')와 접촉하는) 빌드 재료 입자(16)의 융합(예컨대, 소결, 결합, 경화 등)이 발생하게 한다. 전자기 복사선에의 노출은, 도 6d에 도시된 바와 같이, 잉크젯 잉크(30)의 착색제가 매립되어 있는 착색층(52")을 형성한다.
단일 착색층(52")이 도시되어 있지만, 몇몇 착색층(52")이 서로 접촉하여 순차적으로 형성되어 최종 부품(44"')의 층들(98, 98', 98", 98"') 상에 (하나의 복셀보다 두꺼운) 컬러 영역이 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 최외 착색층(52")은 하나의 복셀 딥 쉘을 형성할 수 있고, 다른 착색층은 더 두꺼운 컬러 영역을 생성할 수 있다. 융합제(26') 및 착색된 잉크젯 잉크(30)의 유체 수준은, 형성된 부품(44"')의 외부에서 채도를 증가시키기 위해, 층(98"')에 인접하여 위치된 다른 착색층과 비교하여, 최외 착색층(52")에서 더 높을 수 있다.
도시되지는 않았지만, 착색된 잉크젯 잉크(30)는 착색층(52")에 선택적으로 적용될 수 있다. 착색층(52")에 적용된 착색된 잉크젯 잉크(30)는, 착색층(52")의 표면에서 빌드 재료 입자를 착색함으로써, 착색층(52")의 표면에서 포화를 유지하는데 도움을 줄 수 있다.
방법(200)은 방법(100')과 유사하게 변형되어, 부품(44"')이 착색층들에 의해 완전히 캡슐화되도록 착색층들(예를 들어, 52 및 52')을 형성할 수 있음을 이해하여야 한다.
본원에 개시된 임의의 예에서, 3D 부품(44, 44', 44", 44"')이 완성되면, 이것은 빌드 영역 플랫폼(12)으로부터 제거될 수 있고, 임의의 비-융합된 빌드 재료(16)가 3D 부품(44, 44', 44", 44"')로부터 제거될 수 있다.
본원에서 제공된 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 부분 범위를 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 약 2 중량% 내지 약 35 중량%의 범위는, 약 2 중량% 내지 약 35 중량%의 명시적으로 언급된 한계뿐만 아니라 개별 값, 예컨대 3.35 중량%, 5.5 중량%, 17.75 중량%, 28.85 중량% 등, 및 부분 범위, 예를 들어 약 3.35 중량% 내지 약 16.5 중량%, 약 2.5 중량% 내지 약 27.7 중량% 등을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 값을 설명하는 데 "약"이 사용되는 경우, 이는 명시된 값에서 약간의 변화(최대 ± 10%)를 포괄하는 것을 의미한다.
명세서 전체에서 "일례", "다른 예", "하나의 예" 등을 언급한 것은, 그 예와 관련하여 기재된 특정 요소(예컨대, 특징, 구조 및/또는 특성)가 본원에 기재된 하나 이상의 예에 포함되고, 다른 예에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 문맥상 명백하게 달리 해석되지 않는 한, 임의의 예에 대해 기재된 요소는 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
본원에 개시된 예를 기재하고 특허청구함에 있어서, 단수형 용어는 문맥상 명백하게 달리 해석되지 않는 한 복수개의 인용물을 포함한다.
몇 가지 예를 상세하게 기재하였으나, 개시된 예가 변형될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 전술된 기재내용은 비-제한적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 3 차원(3D) 인쇄 중에 부품에 컬러(color)를 부가하는 방법으로서,
    제 1 빌드 재료 층의 적어도 일부 상에 코어 융합제를 선택적으로 적용하는 단계;
    상기 제 1 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 코어 융합제와 접촉하는 상기 제 1 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜 코어층을 형성하는 단계;
    상기 코어층 상에 제 2 빌드 재료 층을 적용하는 단계;
    상기 제 2 빌드 재료 층의 적어도 일부 상에 프라이머 융합제를 적용하는 단계로서, 이때 상기 프라이머 융합제는
    세슘 텅스텐 산화물 나노 입자,
    C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 적어도 10 g인 C2 내지 C8 아미노 카복실산, 타우린 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 쯔비터이온성(zwitterionic) 안정화제, 및
    물, 공용매, 및 계면활성제를 포함하는 수성 비히클
    을 포함하는, 단계; 및
    상기 제 2 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 프라이머 융합제와 접촉하는 상기 제 2 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜 프라이머 층을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프라이머 층 상에 제 3 빌드 재료 층을 적용하는 단계;
    상기 제 3 빌드 재료 층의 적어도 일부 상에, 착색된 잉크젯 잉크 및 i) 코어 융합제 또는 ii) 프라이머 융합제를 적용하는 단계; 및
    상기 제 3 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, i) 코어 융합제 또는 ii) 프라이머 융합제와 접촉하는 상기 제 3 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜, 잉크젯 잉크의 착색제가 함입되어 있는 착색층을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 착색층 상에, 착색된 잉크젯 잉크를 적용하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 착색된 잉크젯 잉크와 함께 디테일링제(detailing agent)를 적용하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 방법이, 상기 코어층, 상기 프라이머 층 및 상기 착색층을 형성하기 전에,
    상기 착색된 잉크젯 잉크를 희생(sacrificial) 빌드 재료 층 상에 적용하는 단계;
    상기 희생 빌드 재료 층 상에 제 4 빌드 재료 층을 적용하는 단계;
    상기 제 4 빌드 재료 층의 적어도 일부분 상에, 상기 착색된 잉크젯 잉크 및 i) 코어 융합제 또는 ii) 프라이머 융합제를 적용하는 단계;
    상기 제 4 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, i) 코어 융합제 또는 ii) 프라이머 융합제와 접촉하는 상기 제 4 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜, 상기 잉크젯 잉크의 착색제가 함입되어 있는 제 1 착색층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 착색층 상에 제 5 빌드 재료 층을 적용하는 단계;
    상기 제 5 빌드 재료 층의 적어도 일부 상에 상기 프라이머 융합제를 적용하는 단계; 및
    제 5 빌드 재료 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 프라이머 융합제와 접촉하는 상기 제 5 빌드 재료 층의 부분을 융합시켜 초기 층(initial layer)을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하고;
    상기 초기 층 상에 상기 코어층이 형성되는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법이, 상기 코어층을 형성하기 위해 상기 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시키기 전에, 상기 코어 융합제에 의해 한정된 둘레(perimeter)에 인접한 상기 빌드 재료의 제 2 부분 상에 상기 프라이머 융합제를 적용하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 코어층을 형성하기 위해 상기 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시키는 단계는 또한 층 부분(layer portion)을 형성하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법이, 상기 프라이머 융합제에 의해 한정되는 둘레에 인접한 제 3 부분 상에 착색된 잉크젯 잉크 및 i) 코어 융합제 또는 ii) 프라이머 융합제를 적용하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 코어층을 형성하기 위해 상기 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시키는 단계는 또한, 상기 층 부분의 둘레에 인접한 착색된 층 부분을 형성하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 융합제는 블랙 융합제이고,
    상기 방법은, 상기 층을 형성하기 전에, 상기 블랙 융합제로써 몇몇 코어층을 형성함으로써 부품 코어(part core)를 구축(building)하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 중합체성 빌드 재료를 적용하는 단계;
    상기 중합체성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 융합제를 선택적으로 적용하는 단계로서, 상기 융합제는
    세슘 텅스텐 산화물 나노 입자;
    C2 내지 C8 베타인, 물 100 g 중의 용해도가 적어도 10 g인 C2 내지 C8 아미노 카복실산, 타우린 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 쯔비터이온성 안정화제, 및
    물 및 계면활성제를 포함하는 수성 비히클
    을 포함하는, 단계; 및
    상기 중합체성 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 융합제와 접촉하는 상기 중합체성 빌드 재료의 부분을 융합시켜 층을 형성하는 단계
    를 포함하는 3D 인쇄 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 층 상에 부가적인 중합체성 빌드 재료를 적용하는 단계;
    상기 부가적인 중합체성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 상기 융합제를 적용하는 단계; 및
    상기 부가적인 중합체성 빌드 재료를 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 부가적인 중합체성 빌드 재료의 적어도 일부를 융합시켜 다른 층을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 3D 인쇄 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부가적인 중합체성 빌드 재료의 적용, 상기 융합제의 적용, 및 상기 노출을 사전결정된 횟수의 사이클만큼 반복하여 부품을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 3D 인쇄 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부품 상에 상기 빌드 재료의 최종 층을 적용하는 단계;
    상기 최종 층의 적어도 일부 상에, 착색된 잉크젯 잉크 및 상기 융합제를 적용하는 단계;
    상기 최종 층을 전자기 복사선에 노출시킴으로써, 상기 융합제와 접촉하는 최종 층의 부분을 융합시켜, 잉크젯 잉크의 착색제가 매립되어 있는 착색층을 형성하는 단계; 및
    상기 착색층 상에, 착색된 잉크젯 잉크를 적용하는 단계
    를 추가로 포함하는 3D 인쇄 방법.
  15. 삭제
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